Justin từng là bạn trai của Britney Spears, bạn thuở nhỏ. Nhưng họ chia tay vào năm 2002 vì Timberlake cho rằng Britney là người không chung thuỷ. Justin còn viết bài "Cry Me a River" để nói về Britney. Cả cuộc chia tay này cũng được đưa vào single "What Goes Around... Comes Around". Lại có tin đồn là Justin viết bài hát này để nói về mối tình giữa Trace Ayala và Elisha Cuthbert.

Justin bắt đầu hẹn hò với Cameron Diaz từ năm 2003 và kết thúc vào cuối năm 2006. Có tin đồn Justin hẹn hò cùng Scarlett Johansson sau khi Scarlett tham gia vào video clip nóng bỏng "What goes around..." của Justin.

Ngoài đời, anh là một fan của CLB Manchester United, anh là bạn cầu thủ Alan Smith

Anh kết hôn với nữ diễn viên người Mỹ, Jessica Biel, năm 2012